cviceni/2.mdwn

   1 [[!meta title="Embedded Linux"]]
   2
   3 [[!toc]]
   4
   5 Cíl cvičení
   6 ===========
   7
   8 Open source projekty se často nepoužívají osamoceně, ale v kombinaci s
   9 jinými OSS projekty, čímž vznikají tak tzv. OSS stacky. Asi
  10 nejznámějším stackem je LAMP – Linux, Apache, MySQL, PHP. Na dnešním
  11 cvičení se seznámíme s dalším, velmi často používaným, stackem
  12 [Linux][kenrel] + [BusyBox][bb] (+[Dropbear][dropbear] SSH server).
  13
  14 [BusyBox][bb] je sada UNIXových uživatelských nástrojů (shell, editor,
  15 utility jako ls, mkdir, …) zkompilovaná do jedné binárky. V kombinaci
  16 s jádrem Linuxu tak dostáváme kompletní operační systém s poměrně
  17 malými nároky na paměť. Díky tomu se tato kombinace často používá ve
  18 vestavěných (embedded) aplikacích jako například
  19 [WiFi routery či ADSL modemy][owrt].
  20
  21 V tomto cvičení si zkusíte vytvořit kompletní open source operační
  22 systém z Linuxového jádra a uživatelského prostředí tvořeného právě
  23 BusyBoxem. Dále si vyzkoušíte naprogramovat jednoduchý modul do jádra.
  24
  25 [kenrel]: http://kernel.org/
  26 [bb]:http://busybox.net/
  27 [owrt]:http://www.openwrt.org/
  28 [dropbear]:http://matt.ucc.asn.au/dropbear/dropbear.html
  29
  30 Postup
  31 ======
  32
  33 1. Stáhneme [zdrojové kódy][bbgit] projektu [BusyBox][bb]:
  34
  35         git clone git://busybox.net/busybox.git --reference /usr/src/busybox.git
  36         cd busybox
  37
  38     Protože se jedná o aktuální vývojový snapshot, je možné, že se
  39     při překladu, instalaci nebo používání vyskytne chyba. Naší výhodou
  40     však je, že máme k dispozici kompletní historii projektu
  41
  42         qgit
  43
  44     a můžeme si vybrat verzi, kde se chyba nevyskytuje. Například
  45
  46         git checkout -f 1_18_3
  47
  48 [bbgit]:http://git.busybox.net/busybox/
  49
  50 2. Zkonfigurujeme jak chceme BusyBox přeložit.
  51
  52         make menuconfig
  53
  54    Vystačíme s výchozí konfigurací, takže zvolit `Exit` a odpovědět
  55    `Yes`, že chceme konfiguraci uložit.
  56
  57 3. Kompilaci provedeme tradičně příkazem
  58
  59         make
  60
  61 4. Příkazem
  62
  63         make install
  64
  65     nainstalujeme busybox do adresáře `./_install`. Všimněte si, že se
  66     tam nachází pouze jedna binárka `bin/busybox` a všechno ostatní
  67     jsou pouze symbolické odkazy na tuto binárku.
  68
  69     Protože neprovádíme tzv. *křížový překlad*, který je běžný pro v
  70     případě vestavěných zařízení, můžeme výsledek hned otestovat
  71     například spuštěním shellu: `./_install/bin/sh` (ukončíme ho např.
  72     příkazem `exit`).
  73
  74     V případě skutečného vestavěného systému bychom museli pokračovat
  75     dál a busybox otestovat až po nabootování na cílovém hardwaru.
  76
  77 5. Pokud máte na vašem počítači práva superuživatele root, můžete
  78    otestovat BusyBox v chroot prostředí, t.j. se stejným jádrem jako
  79    právě běží na vašem počítači, ale se souborovým systémem tvořeným
  80    pouze BusyBoxem:
  81
  82         # chroot _install /bin/sh
  83
  84    Fungovat to ale nebude, protože ke spuštění BusyBoxu jsou potřeba
  85    knihovny, které v nejsou v adresáři `_install` dostupné.
  86
  87 6. Chybějící knihovny zjistíte příkazem
  88
  89         ldd _install/bin/busybox
  90
  91    Tyto knihovny musíte nakopírovat do adresáře `_install`
  92
  93         mkdir _install/lib
  94         cp /lib/i686/cmov/libm.so.6 /lib/i686/cmov/libc.so.6 /lib/ld-linux.so.2 _install/lib
  95
  96    Nyní už můžete spustit BusyBox v chroot prostředí.
  97
  98 5. Nejjednodušší možnost jak nabootovat do právě vytvořeného
  99    uživatelského prostředí je uložit ho ve formátu pro Linuxový
 100    startovací RAM-disk a nabootovat Linux s tímto RAM-diskem.
 101
 102    Aby vše fungovalo jak má, kromě souborů v adresáři `_install` musí
 103    RAM-disk obsahovat i někoik položek v adresáři `/dev` pro přístup k
 104    virtuálním terminálům.
 105
 106    1. Pokud máte root práva, použijte ke tvorbě RAM-disku následující příkazy:
 107
 108             mkdir _install/{dev,etc,proc,sys}
 109             sudo cp -a /dev/tty? _install/dev
 110             ln -s bin/busybox _install/init
 111             (cd _install; find . | cpio -o -H newc | gzip) > ramdisk
 112
 113    2. Bez rootovských práv můžete RAM-disk vytvořit pomocí nástoje
 114       [gen_init_cpio][gic].
 115
 116             (
 117             cat <<EOF
 118             dir /dev 755 0 0
 119             nod /dev/tty0 644 0 0 c 4 0
 120             nod /dev/tty1 644 0 0 c 4 1
 121             nod /dev/tty2 644 0 0 c 4 2
 122             nod /dev/tty3 644 0 0 c 4 3
 123             nod /dev/tty4 644 0 0 c 4 4
 124             slink /init bin/busybox 700 0 0
 125             dir /proc 755 0 0
 126             dir /sys 755 0 0
 127             EOF
 128
 129             find _install -mindepth 1 -type d -printf "dir /%P %m 0 0\n"
 130             find _install -type f -printf "file /%P %p %m 0 0\n"
 131             find _install -type l -printf "slink /%P %l %m 0 0\n"
 132             ) > filelist
 133
 134             gen_init_cpio filelist | gzip > ramdisk
 135
 136 [gic]:http://git.kernel.org/?p=linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git;a=blob;f=usr/gen_init_cpio.c;hb=HEAD
 137
 138 5. **Jádro Linuxu**. Příprava jádra je téměř stejná jako u BusyBoxu:
 139    stáhneme zdrojový kód, nakonfigurujeme a přeložíme. Vzhledem k
 140    rozsáhlosti jádra (zkompilované zabere na disku cca 1 GB a překlad
 141    trvá cca 20 minut) tyto kroky přeskočíme a použijeme již připravené
 142    jádro z distribuce.
 143
 144    Pokud byste si chtěli přeložit vlastní jádro, v následujícím
 145    příkazu byste za parametrem *-kernel* uvedli cestu k vámi
 146    zkompilovanému jádru.
 147
 148 6. Bootování jádra s naším filesystémem (v emulátoru):
 149
 150         qemu -kernel /boot/vmlinuz-2.6.26-2-686 -initrd ramdisk
 151
 152 7. Pokud vše proběhlo správně, zobrazila se hláška
 153
 154         Please press Enter to activate this console.
 155
 156    Po stisku Enteru se spustí shell a můžete začít pracovat ve
 157    vašem právě vytvořeném systému.
 158
 159 Možná vylepšení
 160 ===============
 161
 162 Dále můžete provést drobná vylepšení vašeho systému, která vám mohou
 163 zjednodušit další práci.
 164
 165 1. Můžete připojit souborový systém `/proc`, aby fungovaly příkazy
 166    jako např. `ps` (výpis běžících procesů). Příkaz spusťte v
 167    emulátoru, ne na vaší pracovní stanici.
 168
 169         mount -t proc none /proc
 170
 171 2. V RAM-disku můžete vytvořit soubor `/etc/init.d/rcS`, který bude
 172    obsahovat příkazy, které budou spuštěny při bootu systému.
 173
 174         mkdir -p _install/etc/init.d
 175         cat <<EOF > _install/etc/init.d/rcS
 176         #!/bin/sh
 177         mount -t proc none /proc
 178         echo Nazdar!!!!
 179         EOF
 180         chmod +x _install/etc/init.d/rcS    # nastavení spustitelnosti
 181
 182    Nyní musíte znovu vytvořit RAM-disk a nabootovat.
 183
 184 Jaderné moduly
 185 ==============
 186
 187 Jaderné moduly jsou přeložené kusy kódu, které lze za běhu nahrávat do
 188 Linuxvého jádra. Pokud bychom chtěli nalézt analogickou věc v
 189 uživatelském prostředí, pak by to byly *sdílené knihovny*. Jaderný
 190 modul může obsahovat kód ovladače zařízení, podporu určitého
 191 souborového systému, může přidávat do jádra nové funkce (např.
 192 firewall) či sloužit jako knihovna pomocných funkcí pro jiné moduly
 193 (např. libata).
 194
 195 Zdrojový kód jednoduchého jaderného modulu vypadá následovně:
 196
 197     #include <linux/init.h>
 198     #include <linux/module.h>
 199     MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
 200
 201     static int hello_init(void)
 202     {
 203         printk(KERN_ALERT "Hello, world\n");
 204         return 0;
 205     }
 206
 207     static void hello_exit(void)
 208     {
 209         printk(KERN_ALERT "Goodbye, cruel world\n");
 210     }
 211
 212     module_init(hello_init);
 213     module_exit(hello_exit);
 214 *Příklad převzat z [LDD3][LDD3].*
 215
 216 Překlad modulu provedeme pomocí jednoduchého souboru Makefile, který
 217 bude obsahovat jedinou řádku (zde předpokládáme, že výše uvedený
 218 soubor se jmenuje **khello.c**):
 219
 220     obj-m = khello.o
 221
 222 Nyní stačí zavolat `make` se správnými parametry:
 223
 224     make -C /lib/modules/$(uname -r)/build M=$(pwd) modules
 225
 226 Tímto říkáme, že příkaz `make` načte `Makefile` z adresáře se
 227 zdrojovými kódy aktuálně běžícího jádra (o který adresář se jedná
 228 můžete zjistít pomocí `readlink -f /lib/modules/$(uname -r)/build`),
 229 pomocí proměnné `M` řeknete, že se váš modul nachází v aktuálním
 230 adresáři a slovo `modules` na konci znamená, že chcete, aby se
 231 zkompilovaly pouze moduly.
 232
 233 Pokud vše dopadlo dobře, objevil se vám soubor `khello.ko`, což je
 234 modul, který můžete zavést do jádra příkazem
 235
 236     insmod khello.ko
 237
 238
 239
 240 Zadání
 241 ======
 242
 243 Vytvořte jednoduchý jaderný modul, který po zavedení do jádra vypíše
 244 vaše jméno (objeví se ve výstupu `dmesg`). Jinak nemusí dělat nic.
 245 Předveďte činnost vašeho modulu ve vámi vytvořeném systému běžícím v
 246 emulátoru.
 247
 248 **Pozor:** V zadání je drobný chyták!
 249
 250 Kdo se bude nudit, může zkusit rozšířit modul tak, aby se jeho jméno
 251 objevilo v souboru `/proc/myname` nebo vytvořit jednoduchý ovladač,
 252 který bude vracet vaše jméno při čtení z `/dev/myname`. Návod najdete
 253 v [tomto článku][henson_drivers] (strany 2 a 3).
 254
 255 Tipy a triky
 256 ============
 257
 258 * Pro vyvolání určitého příkazu z historie můžete použít klávesu
 259   `Ctrl-R` následovanou textem hledaného příkazu. Např:
 260
 261         <Ctrl-R>cpio<Enter>
 262
 263 * Pro rychlé kopírování textu mezi programy (např. příkazy z této stránky do shellu),
 264   můžete použít prostřední tlačítko myši. Funguje to tak, že text označíte myší
 265   (nemačkáte při tom Ctrl-C) a stiskem prostředního tlačítka myši v terminálovém
 266   okně ho vložíte na příkazovou řádku shellu. Tím, že při tom nemusíte šahat na
 267   klávesnici vám to půjde rychleji.
 268
 269 Reference
 270 =========
 271
 272 * [ramfs, rootfs and initramfs](http://git.kernel.org/?p=linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git;a=blob;f=Documentation/filesystems/ramfs-rootfs-initramfs.txt;hb=HEAD)
 273 * [Early userspace support](http://git.kernel.org/?p=linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git;a=blob;f=Documentation/early-userspace/README;hb=HEAD)
 274 * [Inside the Linux boot process](http://www.ibm.com/developerworks/linux/library/l-linuxboot/)
 275 * [The Linux Bootdisk HOWTO](http://www.tldp.org/HOWTO/Bootdisk-HOWTO/)
 276 * [Linux Loadable Kernel Module HOWTO](http://tldp.org/HOWTO/Module-HOWTO/)
 277 * [Linux Device Drivers, Third Edition][LDD3]
 278 * [Kbuild & modules](http://git.kernel.org/?p=linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git;a=blob;f=Documentation/kbuild/modules.txt;hb=HEAD)
 279 * [/dev/hello_world: A Simple Introduction to Device Drivers under Linux](henson_drivers)
 280
 281 [LDD3]:http://lwn.net/Kernel/LDD3/
 282 [henson_drivers]:http://linuxdevcenter.com/pub/a/linux/2007/07/05/devhelloworld-a-simple-introduction-to-device-drivers-under-linux.html